Tendon/ligament collagen maturation and repair mechanism analysis

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K16777
• Research Institution: Jikei University School of Medicine
• Principal Investigator: 嘉山 智大 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (80793702)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: Mkx / Collagen / 腱 / 靱帯 / 半月板 / AGEs / 終末糖化産物 / メカニカルストレス

Outline of Annual Research Achievements

腱や靱帯の主要成分であるコラーゲン解析を目的とし、腱・靱帯細胞への分化能を有する間葉系幹細胞の研究を行なっている。臨床でも使用されている超音波刺激装置を用いて細胞に刺激を与え、腱特異的遺伝子Mohawk(Mkx)を始めとしたI型コラーゲン線維の成熟に重要なCol1, Tnmd, Fmodなどの遺伝子発現の条件検討を行なっている。
さらに、近年腱の重要遺伝子として注目されているPiezo１遺伝子の過剰発現により腱のコラーゲン線維の増大が報告されているが、これらがメカニカルストレスにより誘導できるかを明らかにすることにより、腱・靱帯のコラーゲン線維の成熟メカニズムの解明につながると考えている。
また、ヒトの半月板や軟骨組織でもMkxの発現が確認され、これらが変性に影響を与えていることが明らかとなっている。我々は以前適度な運動負荷がMkxの発現に重要であることを腱細胞で明らかにしているが、過剰な負荷が半月板や軟骨にどのような影響を与えているかは明らかになっていないため、間葉系幹細胞の腱・靱帯・軟骨・半月板の運動応答メカニズムの解明が重要であると考えている。

マウス実験では野生型とMkx ノックアウトマウスの腱を用いて終末糖化産物（Advanced Glycated End-products: AGEs)の解析を行なっている。トレッドミル負荷試験で運動刺激を与えられたマウスのアキレス腱を破砕し、質量定量装置(Liquid chromatography- mass spectrometry: LC-MS)を用いてコラーゲンの成熟を評価している。今まで小さな線維性組織は解析困難であったが、このLC-MSを用いることで、小さなサンプルでも正確に測定することが可能になった。これらの応用によって、様々なサンプルでのAGEsを測定し、コラーゲン評価を行なっている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

現在細胞調整にや機械刺激の条件検討でやや実験に遅れが生じている。

Strategy for Future Research Activity

近年腱の重要遺伝子として注目されているPiezo１遺伝子が、細胞レベルでどのように関わっているかも調べている。Piezo1の過剰発現により腱のコラーゲン線維の増大が報告されているが、これらがメカニカルストレスにより誘導できるかを明らかにすることにより、腱・靱帯のコラーゲン線維の成熟メカニズムの解明につながると考えている。
また半月板や関節軟骨などでもMkxの重要性が報告されており、変形性膝関節症に重要である腱・靱帯・半月板・軟骨にMkxが関与しているということになる。これら間葉系幹細胞由来の組織でのMkxの機能を明らかにするべく、ヒトのサンプルを用いてMkx発現の実験を行うために倫理委員会申請中である。

Causes of Carryover

現在新たに検討している実験の倫理委員会結果後に試薬や実験機材の検討をしていたため、次年度への持ち越しとなった。